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中国第一高楼是如何建成的

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文/孙云

上海中心大厦位于陆家嘴国际金融中心,是一座集商贸、办公、酒店观光为一体的综合性摩天大楼。其建筑高度为632米,为中国第一、世界第二高楼,也是我国目前唯一超过600米高的建筑。

上海中心大厦的五大关键技术

1.超高层桩基和基坑工程关键技术

2.超高层巨型结构设计关键技术

3.超高层巨型混凝土结构建造关键技术

4.超高层巨型钢结构建造关键技术

5.超高层数字建造及绿色建筑技术

承建上海中心大厦的上海建工集团的相关人员表示,上海的地基是软土地基,建超高层建筑的难度很大。而传统的打桩机不仅施工噪声大,而且产生的震动会对周围的建筑造成不同程度的影响,所以上海建工集团决定在全国率先将钻孔灌注桩技术应用于350米以上的超高层建筑。钻孔灌注桩采用的是地下打孔技术,不仅噪声小、震动小,而且能节约造价60%以上。

不过,要在软土地基里将设计承载力1000吨的钻孔灌注桩打到80多米深,难度非常大。上海建工集团迎难而上,研发出新型成桩工艺体系和控制技术,终于实现了这一“全国率先”,为后续超高层采用钻孔灌注桩奠定了基础。

夜色中的上海中心大厦

在工程关键技术上,上海建工集团等单位还实现了一系列国内乃至全球首创。比如,设计制造出全球最大的压力混凝土输送泵,创造了建筑工程超大体积混凝土一次连续浇筑体量、实体结构混凝土一次输送高度的世界纪录;首创设计了主体结构与外围柔性悬挂支撑结构变形协同一体的双层表皮玻璃幕墙,通过约束释放、变形吸收,使由2万多块曲面玻璃组成的幕墙具有复杂工况变形协同能力;首创并制造出千吨级电涡流调谐质量阻尼器装置,降低了大楼在风荷载作用下的摆幅,确保了楼内人员的舒适度。

“垂直城市”塑造人文景观

为了把上海中心大厦建设成绿色、智慧、人文的国际一流精品工程,工程团队建立了超高层建筑“内刚外柔”新型巨型结构设计理论体系,突破了传统层叠式超高层理念,首创设计了“垂直城市”超高层建筑。

上海中心大厦双层表皮的内层覆盖了垂直的内部建筑,三角形外幕墙为第二层表皮,而外立面与内立面之间的空间则形成了空中中庭。大厦的幕墙是具有可持续性的绿色设计。与传统的直线形建筑相比,大厦内部圆形立面使其眩光度降低了14%,且减少了对能源的消耗。

上海中心大厦的玻璃幕墙

江南地区的雨水充沛,而上海中心大厦的顶端被巧妙地设计为螺旋形,可以收集雨水,并对其回收利用。而且,大厦的顶部还安装了功率强大的风力涡轮发电机,利用大自然的风为大厦源源不断地提供绿色电能。可以说,上海中心大厦是一座充分体现城市与自然和谐共存的绿色摩天楼。

上海中心大厦总建筑面积为58万平方米,可容纳3万多人,拥有9个“垂直社区”和21个“空中花园”,堪称一座“垂直城市”。每个垂直社区的高度为12~15层。整座大厦内的电梯多达154部,为垂直运输提供保障。其中运营速度最快的3部超高速电梯,也是目前全球速度最快的电梯。

空中花园就设在双层幕墙的中间区域,成为一个巨大的客厅,同时布置有大面积绿化装饰。人们在这里不仅可以驻足聊天,还能眺望陆家嘴及外滩沿岸的风景。空中花园仿佛在摩天大楼内引入了高空自然环境,可减少超高层建筑给人带来的压抑感。

里程碑意义

近年来,“上海中心大厦工程关键技术”项目已获得近百项国内外发明专利,这些具有自主知识产权的科技成果已被推广应用在我国200多栋超高层建筑中,并被纳入20余部国家、行业、省级标准规范,有力推动了我国建筑业技术进步和转型升级。

上海中心大厦工程是我国综合国力和科技水平的一次集中展示,为我国从超高层建造大国向超高层建造强国的迈进,做出了突出贡献。先进的建设理念、创新的设计和施工技术以及高效的运维管理,反映了当今世界建造技术的最高水平,彰显了我国超高层建造技术国际领先的综合实力,引领了世界超高层建筑技术的发展。

上海中心大厦已获世界高层建筑学会“最佳高层建筑奖”、国际桥梁与结构工程协会“杰出结构奖”等大奖,并成为全球首栋中国和美国标准双认证的最高等级绿色建筑。“上海中心大厦工程关键技术”项目还荣获了2018年度上海科技进步奖特等奖。这再次证明:这座高楼的确是体现国际建筑技术最高水平、引领全球超高层建筑发展的国际一流精品工程。

(原载于《科学画报》2020年第12期,本文受到上海科委2019年度“科技创新行动计划”科普领域项目资助。项目名称:“立足科创中心,传播尖端科技——打造上海重大获奖科技成果科普化融媒体专栏”;项目编号:19DZ2332600。)

本文选自《科学画报》

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